半导体三极管放大 2012

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1、.,1,2018/9/29,1,2.1 BJT,2.3 放大电路的分析方法,2.4 放大电路静态工作点的稳定问题,2.2 基本共射极放大电路,2.5 多级放大电路,第二章 半导体三极管放大电路,2.6 其他放大电路,.,2,2018/9/29,2,2.1.1 BJT的结构简介,2.1.2 放大状态下BJT的工作原理,2.1.3 BJT的V-I 特性曲线,2.1.4 BJT的主要参数,2.1.5 三极管放大的三种组态,3.1 BJT,.,3,2018/9/29,3,2.1.1 BJT的结构简介,(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管,外形,.,4,2018/9/2

2、9,4,半导体三极管类型,半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为双极型晶体管，简称晶体管或三极管。 两个PN结，把半导体分成三个区域。这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN型和PNP型。,.,5,2018/9/29,5,BJT和TTL概念,BJT：Bipolar Junction Transistor 即双极结型晶体管，简称晶体三极管。 TTL(逻辑门电路) 全称Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT逻辑门电路，是数字电子技术中常用的一种逻辑门电路，应

3、用较早，技术已比较成熟。TTL主要有BJT和电阻构成，具有速度快的特点。最早的TTL门电路是74系列，后来出现了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。但是由于TTL功耗大等缺点，正逐渐被CMOS电路取代。,.,6,2018/9/29,6,半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。,(a) NPN型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图 (c) NPN管的电路符号 (d) PNP管的电路符号,BJT的结构简介,.,7,2018/9/29,7,集成电路中典型NPN型BJT的截面图,BJT的结构剖面,内部： （内构造） 发射区杂质浓度基区和集电区

4、 基区很薄 发射区面积集电区面积,.,8,2018/9/29,8,NPN型,PNP型,箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向,三极管结构及符号,.,9,2018/9/29,9,（1）产生放大作用的条件 使内部载流子三个传输过程正常进行的条件： 内部： （内构造） 发射区杂质浓度基区和集电区 基区很薄 发射区面积集电区面积 外部：(外加电压） 发射结正偏 集电结反偏,2.1.2 放大状态下BJT的工作原理,-电流分配和电流放大作用,.,10,2018/9/29,10,（2）三极管内部载流子的传输过程,发射结正偏（多子扩散）： 发射区（N区电子浓度大）向基区发射多子电子的过程，电子在（薄的）基区

5、扩散和复合过程（复合很少部分，大部分到集电区边缘） 集电结反偏（少子漂移）： 电子被（大面积、掺杂少）集电区吸引和收集的过程（同时少子有漂移）,.,11,2018/9/29,11,三极管内部电流的流向,提问？为什么少子只考虑 I CBO，因为集电结反偏，少子不可忽视,发射区向基区注入电子，形成发射极电流 iE 电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流 iB(因为基区很薄，掺杂少， iB小)集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流 iC 少子的漂移形成集电极饱和电流 ICBO,.,12,2018/9/29,12,iE = iC + iB 放大原理小结 实验表明iC比iB大数十至数百倍。iB虽然很小

6、，但对iC有控制作用，iC随iB的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用 （本质是直流能转换成交流能）。,（3）电流分配关系（含大小）：,.,13,2018/9/29,13,(1)输入特性曲线（UCE为常数时，从输入方向看的VAR）,与二极管类似,2.1.3 BJT的V-I 特性曲线 1. 三极管的特性曲线 -输入,.,14,iB=f(vBE) vCE=const.,(2) 当vCE1V时， vCB= vCE - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特

7、性曲线右移。,(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,（以共射极放大电路为例）,共射极连接,输入特性曲线,.,15,2018/9/29,15,三极管的特性曲线 -输出-特性曲线三个区,讲清左右两图区别，左边是电源电压和偏置电阻固定，IB一定时的图,讲清三个区的 条件和特性， 详细见下页。,.,16,2018/9/29,16,输出特性三个区条件和特性,模拟电路中三极管一般工作在放大区，也称电流控制器件,此时，UCB0,集电结正向偏置, 示意图见下：,.,17,饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE0.7V (硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小

8、。,iC=f(vCE) iB=const.,输出特性曲线的三个区域:,截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时， vBE小于死区电压。,放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。,输出特性曲线文字描述,.,18,2018/9/29,18,2.1.4 三极管的主要参数-1.,三极管的参数用来表示管子的性能，是选择和使用三极管的重要依据。 其主要参数有下面几个： 1、电流放大系数：iC= iB 电流放大倍数是表示三极管的电流放大能力的参数。 由于制造工艺的离散性，即使同一型号的三极管，其值也有很大差别。常用三极管的值一般在20200之间。 若

9、三极管的值小，则电流放大效果差。但值太大的三极管，性能不稳定。,.,19,2018/9/29,19,三极管的主要参数-2.反向电流,2、极间反向电流iCBO、iCEO：iCEO=（1+ ）iCBO 穿透电流iCEO 基极开路时, 集电极与发射极之间加反向电压时的集电极电流称作穿透电流。由于这个电流由集电极穿过基区流到发射极，故称穿透电流。性能良好的管子iCEO比较小。iCEO受周围温度影响较大。温度升高时，iCEO急剧增大，这对三极管的稳定性会产生很不利的影响。,.,20,2018/9/29,20,(1) 温度对ICBO的影响,温度每升高10，ICBO约增加一倍。,(2) 温度对 的影响,温度

10、每升高1， 值约增大0.5%1%。,(3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响,温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。,2. 温度对BJT特性曲线的影响,1. 温度对BJT参数的影响,end,3. 温度对BJT参数及特性的影响,.,21,2018/9/29,21,4、极限参数,（1）集电极最大允许电流 ICM：下降到额定值的2/3时所允许的最大集电极电流。（2）反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集电极、发射极间的最大允许电压。 （3）集电极最大允许功耗PCM 。,电流太大时，集电结会发热，易烧坏（因为发射结电流小，所以一般不考虑ICM极限参

11、数）书P113,.,22,2018/9/29,22,综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。 电流放大系数 ：iC= iB实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,放大作用小结,.,23,2018/9/29,23,(c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。,(b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；,BJT的三种组态,2.1.5 三极管放大的三种组态,.,24,201

12、8/9/29,24,2.2.1 基本共射极放大电路的组成,2.2.2 基本共射极放大电路的工作原理,2.2 基本共射极放大电路,.,25,2018/9/29,25,基本共射极放大电路,2.2.1 基本共射极放大电路的组成,.,26,2018/9/29,26,基本放大电路的组成及工作原理,一、放大电路的功能及性能指标放大器定义：如果一个电路或设备具有把外界送给它的弱小电信号加以放大并送给负载的能力，那么这个电路或设备就称为放大器，如扩音机（核心器件由晶体管、集成电路或场效应管等器件组成）。 放大电路的功能：是将微弱的电信号（电压、电流或功率）放大到所需要的数据，从而使电子设备的终端执行元件（如继

13、电器、仪表、扬声器等）有所动作或显示。,信号源：可以将不同特性的信号源等效成电压源或电流源。 电源：向放大器提供能量。 负载：经放大后，较强的信号输入到的终端执行元件。,放大电路的实质：就是在输入信号控制下把直流电源 的能量转换成输出信号能量的装置。,.,27,2018/9/29,27,如：扩音机就是一个典型放大器,.,28,2018/9/29,28,放大电路的性能指标,评价一个放大电器性能好坏的标准主要有：放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压、非线性失真系数、通频带、最大输出功率、效率等。,.,29,2018/9/29,29,一般放大电路的组成,放大电路的组成原则：保证晶体管工作

14、在放大区即：满足放大的外部条件，使ib控制ic，输入信号能被足够地放大和顺利地传送（不失真）。,（原因：C是为了避免前后级工作点互相影响）,.,30,2018/9/29,30,一般放大电路的各元件的作用：,（1）晶体管T。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。 （2）电源UCC和UBB。使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。 （3）偏置电阻RB。用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。,.,31,2018/9/29,31,一般放大电路的各元件的作用：,（4

15、）集电极负载电阻RC。将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧（提供合适的集电结偏置）。 （5）电容Cl、C2。用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。,.,32,2018/9/29,32,右下是共发射极放大电路的实用电路 （原因：两个电源浪费，这里RB比RC大，使VB比VC低， C是为了避免前后级工作点互相影响）,.,33,33,实用的共射放大电路各部分作用,.,34,2018/9/29,34,1. 静态(直流工作状态

16、),输入信号vi0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。,直流通路,VCEQ=VCCICQRc,3.2.2 基本共射极放大电路的工作原理,.,35,2018/9/29,35,2. 动态,输入正弦信号vs后，电路将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。,交流通路,end,2.2.2 基本共射极放大电路的工作原理,.,36,2018/9/29,36,动态：有交流输入，放大电路各处电压、电流均为直流量加交流量。,一般放大电路总的状态动态,静态和动态好比人的静止和运动状态时的脉动，运动状态时的脉动叠加在静止值之上。,.,37,2018/9/29,37,动态分析情况,动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量。,